臂式斗輪堆取料控制系統(tǒng)分析

郭天舒

摘 要：臂式斗輪堆取料機是一種廣泛應(yīng)用于港口、電廠等區(qū)域的散料堆取設(shè)備。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展各港口所需要裝卸的貨物量快速增加，通過做好臂式斗輪堆取料機的應(yīng)用將有助于提高散料貨物的裝卸速率，提高港口的散裝貨物的進出口能力。在做好臂式斗輪堆取料機應(yīng)用的同時需要積極做好臂式斗輪堆取料機電氣控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，并借助于現(xiàn)今高速發(fā)展的電子、通信技術(shù)在臂式斗輪堆取料機的電氣控制中構(gòu)建智能化的控制系統(tǒng)，提高臂式斗輪堆取料機的智能化程度。

關(guān)鍵詞：臂式斗輪堆取料機；電氣控制；PLC；現(xiàn)場總線

中圖分類號：U653.928 文獻標(biāo)志碼：A

0 前言

臂式斗輪堆取料機是一種在小型斗輪挖掘機的基礎(chǔ)上所發(fā)展起來的一種應(yīng)用于散料堆取的專用設(shè)備。臂式斗輪堆取料機在應(yīng)用的過程中具有取料效率高、料場占地面積小等優(yōu)點，從而使得臂式斗輪堆取料機在港口、火力發(fā)電廠等領(lǐng)域中得到了較為廣泛的應(yīng)用。在臂式斗輪堆取料機的應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)積極做好臂式斗輪堆取料機的控制智能化建設(shè)，通過結(jié)合臂式斗輪堆取料機在應(yīng)用過程中所出現(xiàn)的一系列動作特點，通過控制系統(tǒng)優(yōu)化以使得臂式斗輪堆取料機的電氣控制更加安全、高效。

1 臂式斗輪堆取料機控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程

臂式斗輪堆取料機是在小型斗輪挖掘機的基礎(chǔ)上所發(fā)展起來的一種重要的裝卸設(shè)備。在發(fā)展初期臂式斗輪堆取料機的控制系統(tǒng)所采用的繼電器控制方式體積大、控制的安全性和可靠性較低。隨著技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用PLC控制、變頻器以及軟啟停起等的技術(shù)與控制設(shè)備逐漸地進入并應(yīng)用于臂式斗輪堆取料機的控制系統(tǒng)中，從而使得臂式斗輪堆取料機的控制系統(tǒng)大為簡化，減少了大量的繼電器與控制電纜。此外，變頻器的應(yīng)用可以對臂式斗輪堆取料機斗輪的轉(zhuǎn)速與斗輪的取料量進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，并實現(xiàn)了對于臂式斗輪堆取料機中大車的平穩(wěn)啟動與制動，減小了啟動與制動過程中所造成的沖擊，提高了臂式斗輪堆取料機的使用性能。

在臂式斗輪堆取料機的系統(tǒng)控制中，現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用極大地簡化了傳輸電纜的種類與數(shù)量，Profibus總線是世界通用的總線標(biāo)準(zhǔn)之一，其在工業(yè)控制領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的應(yīng)用效果?，F(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備、自動化系統(tǒng)的用于雙線數(shù)據(jù)傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，其在應(yīng)用的過程中能夠安全、高效地進行各類信息數(shù)據(jù)的傳輸與通信，具有可靠性高、抗干擾能力強、通信速率快等的特點。在臂式斗輪堆取料機的控制中可以利用Profibus總線技術(shù)完成智能控制系統(tǒng)與現(xiàn)場控制設(shè)備之間的信息交互，在提高通信效率的同時也使得數(shù)據(jù)通信更加安全、高效。

2 積極做好臂式斗輪堆取料機控制系統(tǒng)的研制與應(yīng)用

臂式斗輪堆取料機控制系統(tǒng)的設(shè)計將以PLC來作為控制核心，依托先進的現(xiàn)場總線技術(shù)來將臂式斗輪堆取料機的主控中心與分布在各處的現(xiàn)場控制終端進行連接，使用現(xiàn)場總線技術(shù)以此將PLC、變頻器、控制顯示面板、檢測系統(tǒng)等連接在一起?，F(xiàn)場總線技術(shù)采用的是西門子公司的ProfibusDP總線，通過總線實現(xiàn)CPU與各網(wǎng)絡(luò)元件部分進行數(shù)據(jù)交互。臂式斗輪堆取料機控制部分的硬件組成主要由電源部分、電動機控制中心、變頻調(diào)速系統(tǒng)、中控臺、PLC及觸摸屏等幾大部分所組成。在上述幾大硬件組成中，PLC作為控制系統(tǒng)的核心，由于臂式斗輪堆取料機控制系統(tǒng)所需要控制的點數(shù)較多，因此選用的是S7-300系列的可編程邏輯控制器，主機采用CPU315-2DP并具有一個Profibus-DP數(shù)據(jù)接口?？刂票凼蕉份喍讶×蠙C斗輪的變頻器選用的是法國施耐德公司的ATV71型變頻器。在完成了對于變頻器、人機界面等各硬件的現(xiàn)場組裝后，通過獨立的Profibus-DP接口直接與現(xiàn)場總線進行連接，PLC通過對縮接收到的各類I/O信息進行邏輯程序運算并將各類控制信息依托Profibus總線傳輸至現(xiàn)場控制終端用以操控臂式斗輪堆取料機進行運作。在完成了對于臂式斗輪堆取料機控制系統(tǒng)的硬件組成后需要積極做好臂式斗輪堆取料機控制系統(tǒng)的軟件編制。在進行軟件控制程序的編寫中，PLC程序的編寫可以借助于西門子公司專門為用戶所提供的STEP7程序開發(fā)軟件來進行控制程序的編寫，STEP7是用于SIMATIC可編程序控制器的組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包，通過其能夠有效地完成相關(guān)控制程序的編寫：

（1）臂式斗輪堆取料機堆料程序控制任務(wù)

在臂式斗輪堆取料機進行堆取料作業(yè)的過程中，斗輪的斷續(xù)回轉(zhuǎn)以及斷續(xù)行走后的定點堆料是一種較為普遍的工作方式。臂式斗輪堆取料機在工作時首先運行到預(yù)定料場位置，啟動堆料作業(yè)程序后將控制臂式斗輪堆取料機進行堆料作業(yè)，控制程序?qū)⒔o系統(tǒng)發(fā)出堆料作業(yè)的信號并實現(xiàn)與系統(tǒng)膠帶工況的連鎖，通過編碼器和物位計的采樣、傳送、邏輯運算用以判斷懸臂回轉(zhuǎn)和大車的行走，實現(xiàn)對于臂式斗輪堆取料機的斗輪控制。

（2）取料作業(yè)程序的控制任務(wù)

在臂式斗輪堆取料機取料作業(yè)中將采取斗輪旋轉(zhuǎn)分層不分段取料模式，首先將臂式斗輪堆取料機中的大車開至預(yù)定取料位置，在接收到系統(tǒng)取料指令后開啟取料作業(yè)模式，斗輪在運行的過程中通過編碼器對取料的初始角和取料終止角進行角度采集并發(fā)送至控制系統(tǒng)中用以對懸臂回轉(zhuǎn)的角度以及斗輪的下降角度進行準(zhǔn)確的控制，實現(xiàn)對于臂式斗輪堆取料機的操控。

在臂式斗輪堆取料機軟件控制程序的編制中，首先通過STEP7編程軟件對臂式斗輪堆取料機控制系統(tǒng)中的各硬件組成部分進行硬件配置組態(tài)，通過對組成臂式斗輪堆取料機控制系統(tǒng)的各硬件進行選取完成對于控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成的拓?fù)洹Ｔ谕瓿闪藢τ诮M成臂式斗輪堆取料機控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)后，即可為可編程模板生成軟件，選擇編程語言后完成邏輯程序的開發(fā)。在編程語言的選擇上有多種選擇：語句表STL、梯形邏輯圖LAD、功能塊圖FBD以及SCL結(jié)構(gòu)控制語言等。在臂式斗輪堆取料機控制系統(tǒng)軟件的編制中采用的是STL語句表與LAD梯形圖相結(jié)合的方式來進行控制程序的編寫。

在對臂式斗輪堆取料機控制成程序的編寫中將以臂式斗輪堆取料機自動堆料的控制為例來進行程序編寫，編寫時選用LAD梯形圖作為編程語句?？刂瞥绦蛑械母鞒绦驂K中包括臂式斗輪堆取料機堆料連鎖工藝流程，通過分布于臂式斗輪堆取料機中各處的傳感器對各類信號進行檢測并以此來判斷臂式斗輪堆取料機在運作的過程中是否滿足了相關(guān)工作條件，只有在滿足工作條件后才能激活輸出點并以此來控制臂式斗輪堆取料機中的各機構(gòu)按照工序進行配合運作。在進行程序編制時需要對各I/O點進行定義，以便后期進行查詢和處理。

結(jié)語

各類新技術(shù)的應(yīng)用使得臂式斗輪堆取料機的電氣控制大為簡化，尤其是以PLC為代表的邏輯控制器的應(yīng)用可以高效、快速地對臂式斗輪堆取料機中的各類運行狀態(tài)信號進行快速的處理，并根據(jù)PLC中的邏輯程序來進行判斷并做出針對性的應(yīng)對。本文在分析臂式斗輪堆取料機特點的基礎(chǔ)上對組成臂式斗輪堆取料機控制系統(tǒng)的硬件組成記性了分析介紹并對如何做好相關(guān)控制程序的編制進行了分析。

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